牙輪從單齒到雙齒接觸井底時，牙輪從高位置降到位置；牙輪再次從雙齒到單齒接觸井底時，牙輪又從位置升到高位置。如此反復運動，牙輪軸心周期性的升高、降低，使鉆頭產生縱向振動，振幅是輪心的垂直位移。每次縱振中，軸心上移會壓縮下部鉆柱積聚彈性能，軸心下行又使下部鉆柱彈性伸長釋放彈性能。因次，牙輪鉆頭在井底破碎時，牙齒作用在上的力不鉆壓所產生的靜載荷，還有因縱向振動而使牙齒以很高速度沖向所產生的動載荷，前者使牙齒壓碎，稱為壓碎作用；后者使牙齒沖擊破碎，稱為沖擊作用。